Demystificatie van trillingsbewaking Deel 2: Principes van trillingsanalyse op roterende machines

Snelle toegang 
Deel 1: Waarom trillingsbewaking belangrijk is en hoe het werkt
Deel 2: Principes van trillingsanalyse bij roterende machines
Deel 3: Algemene trillings- en foutpatronen identificeren en interpreteren
Deel 4: Diagnose van onbalans, verkeerde uitlijning, losheid en lagerslijtage

Trillingstesten op roterende machines leveren essentiële informatie op over de conditie van de machine. Hier zijn enkele basisprincipes van trillingen: 

Als een motoras de pompas bijvoorbeeld met 1776 toeren per minuut laat draaien, veroorzaakt een zwaar punt op de as een naar buiten gerichte kracht in alle radiale richtingen terwijl de as draait. Dit is vergelijkbaar met een hoelahoep. 

Let op: Zelfs bij een gezonde machine trilt het apparaat enigszins als de as draait, maar dit wordt als normaal beschouwd. 

De sensor bovenaan registreert trillingen één keer per omwenteling, alleen in de verticale as (in de afbeelding linksonder). De sinusgolf (in de afbeelding rechtsonder) toont de verticale trillingen terwijl de as roteert. Eén volledige omwenteling van de as levert één volledige cyclus van een sinusgolf op. De piek is wanneer de zware vlek zich bovenaan bevindt en het dal is wanneer de zware vlek zich onderaan bevindt. 

In Figuur 1 ziet u hoe het toerental van de as = het toerental van de sinusgolf. 

Andere machinecomponenten op de as

De draaiende motoras draait de pompas door de koppeling. Elke keer dat een waaierschoep de sensor aan de bovenkant passeert, veroorzaakt dit een lichte trilling. Als de pomp 10 waaierschoepen heeft, registreert de sensor 10 trillingen van een schoep per asomwenteling. (De pompwaaier draait met dezelfde snelheid als de pompas.) Een sinusgolf toont 10 volledige cycli. 

De grotere massa van de motor en de pompas veroorzaakt een hogere trillingsamplitude (grootte) dan de waaier. De sinusgolf van de trilling van de pompwaaier heeft een kleinere amplitude dan de trilling van de as, maar meer cycli (10) voor één volledige asrotatie. In figuur 2 is te zien hoe de trillingen van de waaierschoepen op de as gelijk zijn aan de cycli van de sinusgolf. 

Complexe golfvormen

Als we de twee sinusgolven (as en pompwaaier) over elkaar heen leggen, zou het eruit kunnen zien als in Figuur 3:

Figuur 3

Maar in werkelijkheid versterken de trillingen elkaar en zien ze er meer uit zoals in Figuur 4:

Figuur 4

En 20 of 30 trillingen van verschillende onderdelen van een echte roterende machine zouden er uit kunnen zien als in Figuur 5:

Frequentie (spectrum) analyse

De tijdgolfvorm bevat informatie over de machine, maar de patronen van verschillende componenten overlappen elkaar en lopen door elkaar, wat een zeer complex beeld oplevert. Een wiskundig algoritme (FFT) zet de complexe tijdgolfvorm om in een eenvoudige grafiek, het frequentiespectrum. Het scheidt de individuele golfvormen zodat we ze afzonderlijk kunnen analyseren. Deze omzetting vindt plaats in de tester. 

Golfvormgegevens en spectrale gegevens zijn dezelfde trillingsgegevens. Het zijn alleen twee verschillende manieren om de gegevens te visualiseren. 

Uit ons eerdere voorbeeld blijkt hoe de complexe golfvorm linksboven is opgebouwd uit de twee afzonderlijke golfvormen in het midden. Deze kunnen vervolgens worden omgezet in een spectrum (zie figuur 6 hierboven), een eenvoudige grafiek van de amplitude van het signaal (y-as) tegen de frequentie (x-as). 

We zien hetzelfde in de spectra van een echte roterende machine in Figuur 7 hierboven. 

•  Deze pieken bevinden zich op specifieke frequenties die trillingen in de machine vertegenwoordigen. Machinediagnostiek omvat het vergelijken van de pieken in het spectrum met gebeurtenissen die zich in de machine voordoen. 
•  Spectraalanalyse is het belangrijkste hulpmiddel dat wij gebruiken om de conditie van onze roterende machines te diagnosticeren. 

Conclusie

Dankzij de mogelijkheid om complexe trillingssignalen op te splitsen in eenvoudige, herkenbare patronen, krijgen we met spectrumanalyse een goed inzicht in wat er werkelijk in onze machines gebeurt, vaak zelfs nog voordat problemen zichtbaar of hoorbaar worden.

???? Lees deel 3 → Algemene trillings- en foutpatronen identificeren en interpreteren

Auteur Bio: John Bernet is specialist in mechanische toepassingen en producten bij Fluke Corporation. Met zijn meer dan 30 jaar ervaring in het onderhoud en de bediening van kerncentrales en machines in commerciële installaties, heeft John samengewerkt met klanten in alle sectoren en betrouwbaarheidsprogramma's geïmplementeerd. Hij is een gecertificeerd trillingsanalist categorie II en een Certified Maintenance Reliability Professional (CMRP), met meer dan 20 jaar ervaring in het diagnosticeren van machinestoringen.